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軋鋼加熱爐等工業爐窯“煤改氣”低氮排放“一攬子”解決方案

发布时间2019/7/26 14:38:28 浏览次数106

 郑州ag亚游登录环保设备有限公司专业設計、生产低氮燃烧器(烧嘴)、低氮排放工业炉窑。承接:工业炉窑低氮排放“一揽子”工程項目,负责从:燃气管线設計、LNG储罐供应、 安装、调试 “煤改气”至脱硫脱硝环保除尘工程項目。

下面以山西某地爲例簡單闡述脫硝設備工作原理;

一、工程概述:

加熱爐燃料采用天然氣,在高溫燃燒過程中産生的NOx和粉塵會對周圍的大氣環境造成了一定的汙染。鄭州ag亚游登录環保設備有限公司承接窯爐煙氣治理工程的設計、制造、安裝及運行調試,針對業主方的現場特點,結合我公司的工藝技術和工程經驗,從工藝技術、安全運行、排放指標、經濟指標等各方面進行了細致的論證,SCR低溫脫硝,吸收塔按一爐一塔設計的技術方案。

1.2設計參數:

序號

參數名稱

單位

參數值

1

窯爐規格型號

平米

 

2

窯爐數量

1

3

單台窯爐出口煙氣量(工況)

m³/h

 

4

窯爐出口煙氣溫度

≤150

5

系統進口粉塵濃度

mg/m³

10

6

系統進口SO2濃度

mg/m³

7

系統進口NOX濃度

mg/m³

≤200

8

窯爐年運行時間

小時

3600

 

1.3脫硝系統主要技術要求:

序號

參數名稱

參數值

1

NOX排放濃度(折算)

≤80-100mg/m³

2

脫硝效率

≧93%

1.4主要設計原則:

  1. 技術先進、經濟合理、切實有效的煙氣治理工藝。
  2. 設備運行可靠,阻力小,不産生對窯爐運行工況的影響。
  3. 爲降低運行費用,脫硝還原劑來源可靠,副産品處置合理。不産生二次汙染。
  4. 充分考慮場地要求,使整套脫硝系統結構緊湊,減少占地面積。
  5. 盡量利用廠內已有設施和資源,以減少投資。
  6. 運行操作簡便,維護方便
  7. 使用壽命長,噪音小,必須設有可靠防腐措施
  8. 施工工期短。

1.5工藝流程介紹:

 

 

 

 

二、煙氣脫硝:

 

2.1SCR脫硝工藝:

SCR工藝系統主要包括:煙道系統、SCR反應器、還原劑噴射系統、氨水儲存、氨氣制備供應系統、吹灰系統等,下面將分別進行描述。

2.1SCR脫硝系統:

2.1.1SCR脫硝原理:

SCR的全称为:选择性催化还原法 (Selective Catalytic Reducation)。催化还原法是用氨或尿素之類的還原劑,在一定的溫度下通過催化劑的作用,還原廢氣中的NOx(NO、NO2)將NOx轉化非汙染元素分子氮(N2),NOx與氨氣的反應如:

 

4NO+4NH3+02→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

 

SCR系統包括:催化劑反應器、還原劑制備系統、氨噴射系統相關的測試控制系統。SCR工藝的核心裝置是:催化劑和反應器,有臥式和立式兩種布置方式,一般采用立式較多。本方案選用立式。

2.1.2反應器本體:

SCR反应器本体依烟气流向可分为:喷氨段、混合段、均流段、反应段。SCR脫硝效率与以下因素有关

  1. 催化劑質量;
  2. 反應溫度;
  3. 停留時間;
  4. 氨氮比;
  5. 氨氣與煙氣混合均勻程序
  6. 煙氣在SCR反應器內分布均勻程度。

为达到较高的脫硝效率,設計每个功能段时必须考虑以上因素,每个环节均优化設計。在本項目中,設計進入SCR系統的煙氣溫度爲200-220℃。

2.1.3噴氨格柵:

噴氨段內安裝有噴氨格柵,噴氨格柵上安裝有噴氨專用噴嘴,噴氨格柵不僅能將氨氣均勻噴入煙氣中,而且還有良好的初步混合效果。只有噴氨格柵噴出的氨氣均勻,後面的混合器的混合效果才能好。

2.1.4氨氣/空氣混合器:

为使氨氣与烟气混合均匀,在喷氨格栅后安装有混合器,混合器采用多层纵向折流板形式,通过折流板的扰流,使烟气与氨氣充分混合均匀。混合器依据CFD數值模拟计算结果进行設計,保证氨氣混合效果。

2.1.5整流器:

混合好氨氣的烟气在反应器内的分布均匀程序不仅影响脫硝效率,也影响到氨的逃逸浓度。烟气流速高区域烟气停留时间短,脫硝效率低、部分氨氣無法反应而逃逸,虽然烟气流速低区域脫硝效率高,但在烟气分布不均匀时,则总体脱硝效则低、氨易逃逸。

立式SCR反應器上方煙氣流向需要轉90°角度,均流器前煙道不僅短,而且也有多個影響氣流的局部構件。安裝均流器空間小,爲使進入催化劑層的煙氣分布均勻,均流器采用導流板加均流格柵板形式,導流板和格柵板依據CFD數值模擬計算結果進行設計。保證進入催化劑層的煙氣流速均勻程度0<0.2(速度偏差相當于20%)。

2.1.6催化劑:

目前常用的催化劑形式主要爲蜂窩式和板式

(1)蜂窩式是目前市場占有份額最高的催化劑形式,其特点是單位体积的催化剂活性高,达到相同脫硝效率所用的催化剂体积较小,适合灰分低于30mg/m3,

灰粘性較小的煙氣環境。

(2)板式催化剂的市场占有份额仅次于蜂窝式催化剂。板式催化剂以金属板网为骨架,比表面积较小。此种催化剂的特点是:具有较强的抗腐蚀和防堵塞特性,适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。缺点是單位体积的催化剂活性低、相

對荷載高、體積大,使用的鋼結構多。

考慮到本項目的廢氣氣量大而且其中少量顆粒物,氣體堵塞催化劑孔道和沖刷磨損催化劑作用較小,所以本工藝采用的催化劑形式是蜂窩式催化劑。

    本工程共配置一台SCR反應器,SCR反應器設計4層催化劑(3+1層),其中上層爲預留層。煙氣豎直向下流經反應器,反應器入口設置氣流均布裝置,

反應器入口及出口處均設置導流板,對于反應器內部易于磨損的部位設計必要的

防磨措施。反應器內部各種加強板及支架均設計成不易積灰的型式,同的將考慮

熱膨脹的補償措施。反應器設置有足夠大小和數量的人孔門,反應器配置了可拆

卸的催化劑測試元件。SCR反應器能承受運行溫度高于320℃長期運行的考驗,而不産生任何損壞。

2.1.6.1 SCR脱硝催化剂主要性能:

2.1.6.1.1基本條件:

(1)本項目爲1台窯爐,配置1台SCR反應器;

(2)煙氣垂直向下通過催化劑層;

(3)反應器內部安裝吹灰器;

(4)SCR反應器最上層催化劑入口煙氣參數均勻性的要求:

a煙氣速度變動系數:C.V.≦10%

b.溫度最大偏差:平均值的±10℃

c氨氮摩爾比變動系數:C.V.≦5%

d煙氣入射催化劑角度(與垂直方向的夾角):在煙氣流方向最大10°

2.1.6.1.2性能保證:

窯爐運行煙氣參數滿足設計工況條件且SCR脫硝系統滿足“2.1基本條件”時:

  1. 质保期期满之前,在窑炉的正常负荷范围内,SCR反应器的脫硝效率不低于90%
  2. 在窯爐的正常負荷範圍內,脫硝裝置反應器出口NOx濃度不高于50mg/Nm³(@8%O2,干基),该保证指标和脫硝效率同时考核。
  3. 在窯爐的正常負荷範圍內,脫硝裝置的氨逃逸率不大于5ppm(@8%O2,干基),该保证指标和脫硝效率同时考核。
  4. SCR脫硝催化劑最大可以長期承受的工作溫度爲:400℃

2.1.6.1.3煙氣條件:

(1)煙氣條件:

表3-1脫硝入口煙氣成分數據

序號

項目

單位

設計

備注

1

體積流量

m³/h

7000

濕態、實際氧

2

設計温度

200-220

按200℃設計

 

3

NOx濃度

Mg/m³

以實際數據爲准

200

4

SO2濃度

Mg/m³

 

5

含水量

Vol-%

≦30

估值

6

含氧量

Vol-%

13

 

7

含塵量

Mg/Nm³

≤400

估值

(2)处理后烟气指标:   表3-2脱硝出口要求指标

序號

項目

單位

數值

狀態

1

脫硝效率

%

93

 

2

NOx

Mg/m³

≦80(折算數據)

以實際檢測數據爲標准

3

氨逃逸

ppm

5

 

2.1.6.1.4催化劑的選型依據:

應根據工況條件、催化劑的活性、用量進行SCR反應器內催化劑層數、種

类和结构型式等設計的依据说明。

(1)根據煙氣條件,結合我公司多個工程運行經驗,首先確定催化劑的基本參數,包括孔數,壁厚,節距等幾何參數;

(2)根據脫硝裝置的運行溫度,確定催化劑的基本配方,通過理論與中試相結合的方式,確定催化劑的初始活性系數K0;

(3)結合工程經驗、中試試驗及理論知識,確定催化劑的活性系數KE;

(4)按照KE的數值,推算催化剂的理论体积量

(5)考慮煙氣中對催化劑毒害的因素,對催化劑的體積進行相應的修正,並留有一定的備用余量後,確定催化劑的實際使用體積。

設計说明:

氨水储存罐通过高压氨水泵。采用PLC自动控制及手动两种控制方式。喷射系统均为实验室均流实验后放大模型制作,其有良好的氮气混合效果,降低了氨逃逸的數值。

  2.2.1煙道:

     在原由煙道接出旁路煙道連接,入口前裝有入口擋門板,旁路煙道裝有旁路擋板門,SCR反應立器出入口增設旁路煙道,當啓爐、運行故障等不適宜SCR投運時,打開旁通煙道擋門板、關閉SCR反應出入口擋門板。煙氣就直接從旁道煙道通過,從而保護催化劑。

2.2保溫材料與油漆:

  脱硝装置中设备、管道的保温、油漆和防腐設計。

  所有的管道和箱罐等的外表面都要塗刷防腐底漆和面漆。

  室外布置的设备、管道、阀门均考虑保温防冻,如設計保温等。

室內布置的設備、管道、閥門考慮徐刷面漆。

室外氨氣输送管道考虑电拌热。

  保温与油漆設計将遵循“火力发电厂保温油漆設計规程”DL/T5072-1997)。对运行温度低于最大酸露点温度的设备,将采取防止凝结的保温

2.3鋼體構架鋼體構架包括:

  ——SCR系統的支承鋼體構架

——鋼平台及扶梯。

   爲了利于進行維護和維修,在所有需要的地方都設置平台。每一個平台都能夠承受維護和維修時所施加的載荷。平台由型鋼和花紋防滑板材組成。所有平台還安裝100mm的踢腳板和扶手。

2.4流體模擬試驗方案

   流體摸擬試驗的目的是合理布置煙道、導流板、靜態混合器、整流格柵和催化劑等,以便驗證在SCR反應器中第一層催化劑前的流場、溫度場和氨氮比的分布和氨噴射格柵之前流速分布滿足催化劑要求,同時,還可確定灰塵散落在脫

硝裝置的可能區域。

 

  1. 電氣部分

  电气系统采用 PLC自动控制考虑。以下为SCR系统单独设立电气系系统时的設計方案。

   脱硝中系统电气系统不设高压段,電氣部分分为低压供㎡配电系统,防雷接地系统,并包括岛内电气设备的控制,测量及电缆构筑物,电气设备布置等工作。  

3.1電源:

3.1.1交流電源

本脱硝系统供电由需方将3 -380V, 50Hz电源(三相四线)

送系統配電櫃進線櫃。配電和自動控制系統有防潮防漏電和可靠的接地措施,各類電氣設備均設電路短路和過載保護裝置,以確保用設備安全運行。

本工程所需的3 380V, 5OHz供电电源由买方PC室引来,用电负荷等级为三级。由低压配电屏向各电动机配电,配电线路采用电力电缆电线沟或电缆桥架敷设。

3.2電纜選型及鋪設:

3.2.1電纜選型

低壓動力電纜選用聚氯乙烯絕緣鋼帶铠裝聚乙烯護

套銅芯阻燃電纜,其最小截面爲2.5mm²,額定電壓爲0.6/1kV;

控制電纜選用聚氯乙烯絕緣聚乙烯護套銅芯阻燃電纜或屏蔽阻燃電纜。

3.2.2電纜設施

脱硝系统内的电缆构筑物在0m以下以电缆沟为主,0m 以上以空架为主。

電纜橋架全部采用熱鍍鋅橋架,電纜橋架的支吊架采用經防腐鋼質材料。

電纜保護管一般采用鍍鋅水煤氣管。

3.2.3電纜防火阻燃措施

电缆防火阻燃设施将按照<<电力工程电缆設計规范>>(GB 50217- 94)及<<火力发电厂与变电所設計防火规范>>(GB 50229- 96)的要求,在电缆竖井、墙洞及盘柜的底部开孔处采用防火堵料封堵;在电缆沟内设置必要阻火墙,并在电缆密集处加装耐火隔板。

3.3照明

照明電源引自MCC室的照明櫃,室內照明采用就地開關控制,室外照明采用照明箱集中控制方式。各照明箱均設進、出線空氣開關,每個出線回路所接燈具數不超過5套,插座接單獨回路。

照明于幹線采用VV—1000型,室外照明支線采用VV—1000型銅芯線穿塑料管敷設,室內照明支線采用BV型導線穿塑料管暗敷或穿塑料線槽明敷。

設置在室外的照明系統采用金屬鹵素燈爲光源的室外照明燈具,一律接地,並設漏電保護裝置。在防爆區域內的照明燈具選用防爆燈具,電氣線路按照防爆要求敷設。

照明電源分別由操作室內總配電櫃,引至各照明配電箱。室內照明采用日光燈或白熾燈。

3.4防雷接地:

根据《建筑物防雷設計规范》(B50057-2010), 本工程按三类防雷建筑物设防。混凝上屋面的接闪器采用φ10热镀锌圆钢做为避雷带,金属屋面板的采用厚度大于0.5mm的金属屋面板做为接闪器,顶部有金属栏杆的构筑物,利用属栏杆做为接闪器。引下线利用建筑物柱子主筋或金属罐体本体,接地装置利用建筑物基础钢筋或人工接地装置。接地电阻要求不大于4Ω。  

 4 熱控部分:

 4.1控制方案      SCR区和氨区控制系统設計,采用操作员站LCD触控显示器  置的监视、置主要监控手段,运行人员通过LCD或鼠标(键盘)可以完成脱销装置的监视、调整、设备启停等控制操作。

  (1)采用DCS模塊進行控制。主要功能包括:數據采集處理、

  制、順序控制。

脱硝控制系统能够以机组为單位独立运行,由机组脱  通讯方式完作员站操作界面监控机组脱硝运行狀態。从操作员站上能够通过通全监视整个脱硝系统所有的信号。

  (3) 脱硝系统有完善的保护系统,以确保在危险工况下自动安全停机或人工进行停机,重要设备设就地事故按钮。

  (4)低壓電氣設備進入脫硝控制系統控制。

4.2檢測儀表

4.2.1溫度測量:

    集中顯示和控制的測溫元件采用熱電偶或pt100熱電阻,耐磨型,選用耐高溫不鏽鋼保護套管,保護套管的外徑尺寸和插入深度符合相關行業標准,測溫元件接線盒選用防水型。4.2.2壓力/壓差變送器

   集中压力测量仪表选用智能式变送器。变送器是线制的, 输出4~ 20mA信号。

   就地壓力表一一般采用不鏽鋼壓力表。表盤直徑爲150mm,精度不低于1.5級。壓力表設置在容易觀察的位置,壓力表考慮防塵、防腐、耐震。壓力取樣閥門材質選用不鏽鋼304。

4.2.3流量測量:

   流量仪表选用涡街流量计,带有4~20mADC两线制信号输出。流量计根据介质特性、安装场合設計,对氨水介质流量测量采用电磁流量计源 (220VAC电) ;蒸汽、氨氣流量测量采用涡街流量计。  

 4.2.4液位測量:

   本脫硝工程氨水儲罐的液位選用磁翻板液位計,並提供遠傳信號。

  4.2.5儀表控制電纜及電纜敷設

所有收表和控制電纜均采用限燃型電纜。所有進DCS的電纜采用阻燃型聚錄乙烯絕緣,最小導體截面爲1.0mm²。熱電偶采用延長型補償電纜。且能滿足有關國際、國家規範和標准。

四、 技術標准及規範:

所提供货物的材料、设备、工程、設計、安装、试运行等将全部按相关的中国标准及规定执行,如采用外国标准则是提供该标准文本,并确认该标准不低于相关中国国家标准。

   本系統所有設備噪聲、廢棄物、勞動和衛生等均符合國家標准。

   以下法規、標准和規定將在煙氣除塵脫硫脫硝系統中應用。

1 环境保护标准

GB9078-1996《工業爐窯大氣汙染物排放標》

GB13271-2001《窯爐大氣汙染物排放標准》

GB16297-1996   《大气污染物综合排放标准》

GB3095-1996    《环境空气质量标准》

GB3096-93      《城市区域环境噪声标准》

2 材料

   GB699-88       《优质碳素结构钢技术条件》

   GB711-85       《优质碳素结构钢热轧厚钢板技术条件》

   GB710-88       《优质碳素结构钢薄钢板和钢带技术条件》

   GB3087-82      《碳钢焊条技术条件》

3 设备标准

   ZDLT-QB-2000   《烟气净化装置加工验收标准》

   JB1620-83      《窑炉钢结构制造技术条件》

   GB150-1998     《钢制压力容器》

   JB1615-83      《窑炉油漆和包装技术条件》

   GBJ17-91       《钢结构設計规范》

   SHJ43-91       《石油化工企业设备与管道涂料防腐設計与施工规范》

4 安装调试

   DL5031-94      《电力建设施工及验收技术规范》(管道篇)

   DL5007-92      《电力建设施工及验收技术规范》(火力发电厂焊接篇)

   SDJ279-90       《电力建设施工及验收技术规范》(热工仪表及控制装置篇)

   GB50205-95      《钢结构施工及验收技术规范》

   TJ231(一)-75   《机械设备安装工程施工及验收技术规范》(一)

   TJ231(四)-78   《机械设备安装工程施工及验收技术规范》(四)

   TJ231(五)-78   《机械设备安装工程施工及验收技术规范》(五)

   TJ231(六)-78   《机械设备安装工程施工及验收技术规范》(六)

   ZDLT-DS-T-2001   《循环悬浮式半干法调试手册》

   GB50221-95       《钢结构工程质量检验评定标准》

   GBJ93-86         《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

   GBJ131-90        《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》

   GB8566-88        《计算机控制软件的設計、编程规范》

   GBJ235-82        《工业管道施工及验收标准》

   GB50254-96       《电气装置安装工程低压电气施工和验收规范》

   GB50217-94       《电力工程电缆設計规范》

   GB50054-95       《低压配电設計规范》

   GBJ232-82        《电气装置安装工程施工及验收规范》

   G-RK-95-51       《火力发电厂分散控制系统技术规范》

   PL5000-94        《火力发电厂設計技术规范》

   NDGJ16-89        《火力发电厂热工自动化設計技术规定》

   HJ/T179-2005     《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法》

   DL/T5196-2004    《火力发电厂烟气脱硫設計技术规程》

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